Imec将钉扎光电二极管结构集成于薄膜传感器提升自动驾驶汽车摄像头性能

16 08月 2023

2023-08-16 20:32

据外媒报道，纳米电子与数字技术研究中心Imec宣布成功将钉扎光电二极管（pinned photodiode）结构集成于薄膜传感器上，可提升自动驾驶汽车摄像头性能。

由于增加了钉扎光栅（pinned-photogate）和转移栅极（transfer gate），现可利用薄膜成像器的强吸收特质（波长超过1µm），以较低的经济成本探测到除可见光之外的光线。

检测到红外线等非可见光具有多重优势，例如自动驾驶汽车摄像头通过检测非可见光可以帮助车辆“看”穿烟雾，也可应用于手机摄像头进行人脸识别。尽管硅基成像器（silicon-based imager）也可探测到可见光，但是其它半导体则可探测短波红外（short-wave infrared）等波长较长的光线。

即使采用III-V材料能够克服光线探测限制，但是由于其较高的生产成本，此类吸收器使用范围较小。而最近，采用例如量子点（quantum dot）等的薄膜吸收器则成为III-V材料的替代品。薄膜吸收器具有高吸收性且可集成于可见光传感器（CMOS）读出电路，然而这种红外传感器噪声性能较差，从而导致生成图像质量较低。

20世纪80年代，钉扎光电二极管（PPD）结构首次进入市场，用于硅基可见光传感器（silicon-CMOS）图像传感器。这一结构包含一个晶体管门电路（transistor gate）以及独特的光电传感器结构，电荷通过这种结构可在集成前完全耗尽（可进行复位操作，且不会产生电容噪声（KTC），也不会受到前一帧的影响）。

因此，由于噪声及功耗较低，钉扎光电二极管（PPD）目前在硅基成像传感器用户市场占绝对优势。对于硅基成像之外的领域，由于该结构混合两种不同的半导体系统，因此该结构目前还无法投入使用。

现在，imec成功将钉扎光电二极管（PPD）结构集成到基于薄膜图像传感器的读出电路中，这也是同类产品的首个创新研发。